动力调谐陀螺仪力反馈回路优化设计与仿真分析

摘要

动力调谐陀螺仪是惯导系统中应用最广泛的陀螺之一，它敏感运动物体相对于惯性空间的角运动。力反馈回路对陀螺的工作是至关重要的，它不仅是测量回路，更是一个控制回路，它的精度决定陀螺的使用精度。因此力反馈回路的精度是影响惯性导航系统的关键。 随着科学技术的发展和计算机控制的普及，模拟力反馈回路在温度影响和非线性误差大的缺点逐渐显示出来。为了使力反馈回路具有更高的动静态品质指标，和更好的抗干扰性，本文设计了数字力反馈回路，主要内容包括： 首先，详细介绍动力调谐陀螺仪的结构和工作原理，重点介绍陀螺仪的信号器和力矩器结构的原理和分析误差产生原因及相应的解决方法。 然后，推导出动调陀螺的动力学模型，研究陀螺仪的耦合情况，利用对角阵解耦法推导出控制、输出解耦矩阵。 其次，由于数字信号处理器TMS320F2812控制精度高、速度快、集成度高、算法实现方便等优点，所以选择TMS320F2812作为数字力反馈系统的处理器，搭建了系统硬件平台。 再次，结合陀螺仪特性和数字力反馈回路的设计理论，考虑到转子端面跳动、采样频率、量化误差、数据分辨率以及回路增益的选择与分配等约束条件，设计了信号的放大、相敏解调、滤波、A/D和二元脉冲调宽电路。 最后，在硬件平台基础上，设计了系统软件，并把fuzzy-PID引入系统，并且对系统的功能进行仿真。通过查询模糊规则表，在线调整PID参数数值，最后仿真和数据测试证明fuzzy-PID控制算法的有效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的背景及研究的目的和意义

1.2力反馈回路研究现状

1.2.1模拟力反馈研究

1.2.2数字力反馈研究

1.3.两种回路的比较

1.4论文主要研究内容

第2章动力调谐陀螺原理介绍及解耦实现

2.1动力调谐陀螺仪原理

2.1.1动力调谐陀螺仪基本结构介绍

2.1.2动力调谐陀螺仪工作原理

2.1.3动力调谐陀螺仪信号器特点及工作原理

2.1.4动力调谐陀螺仪力矩器结构、原理及其误差补偿

2.2动力调谐陀螺仪的运动方程和动力学模型

2.3动力调谐陀螺仪的全解耦理论及全解耦实现

2.3.1力反馈回路的耦合与解耦

2.3.2全解耦的实现

2.4本章小结

第3章力反馈回路硬件电路设计

3.1力反馈回路框图

3.2信号预处理部分设计

3.2.1前置放大电路设计

3.2.2带通滤波电路设计

3.2.3全波相敏解调电路设计

3.2.4低通滤波电路设计

3.3 A/D转换电路设计

3.4 DSP最小系统设计

3.4.1处理器的选择依据

3.4.2电源管理部分设计

3.4.3时钟电路部分设计

3.4.4 JTAG部分设计

3.4.5存储器扩展部分设计

3.4.6串口通讯模块设计

3.5二元调宽电路设计

3.5.1二元调宽原理与优点

3.5.2电流发生电路的工作原理

3.5.3恒流源原理介绍

3.5.4极性开关电路设计

3.6本章小结

第4章力反馈回路软件设计流程介绍

4.1软件整体设计流程

4.2软件集成开发环境CCS介绍

4.2.1 CCS发展概述

4.2.2 CCS2.2介绍

4.3系统各模块编程

4.3.1系统初始化模块

4.3.2外设扩展中断模块

4.3.3定时器模块

4.3.4定点浮点转化模块

4.3.5数据采集及滤波模块

4.3.6串口通讯模块

4.3.7解耦控制模块

4.3.8 PWM模块

4.3.9 CMD文件配置

4.4本章小结

第5章fuzzy-PID控制器设计与仿真分析

5.1 fuzzy-PID控制器设计

5.1.1 PID控制器原理

5.1.2模糊控制原理

5.1.3 fuzzy-PID控制器的设计

5.2 PID、fuzzy-PID控制器仿真与比较分析

5.2.1控制对象模型建立

5.4.2系统参考输入作用下的响应

5.4.3系统有扰动的情况下的响应

5.3实验分析

5.3.1寻北原理

5.3.2实验分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢